淺論高瓦斯煤礦采掘工程中的瓦斯治理技術(shù)

楊明

摘要：本文介紹了煤礦高瓦斯的危害性，對掘進(jìn)工作面瓦斯超限的原因進(jìn)行分析，提出了采掘工程的通風(fēng)技術(shù)、掘進(jìn)巷道的瓦斯治理技術(shù)、控制掘進(jìn)工作面瓦斯超限的措施等。

關(guān)鍵詞：高瓦斯礦井;采掘工程;瓦斯治理技術(shù)

引言

瓦斯是煤礦生產(chǎn)中的一種副產(chǎn)品，也是伴隨品，它具有很大的破壞力。在嚴(yán)重的情況下，瓦斯可能發(fā)生燃燒或爆炸，并引發(fā)安全事故，以至于給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了巨大的損失。因此，高瓦斯煤礦要切實(shí)搞好通風(fēng)設(shè)計(jì)，運(yùn)用必要的通風(fēng)技術(shù)，以降低瓦斯?jié)舛龋Ｕ习踩a(chǎn)，煤礦特別是掘進(jìn)工作面，其瓦斯事故出現(xiàn)的次數(shù)較多，需要采用相關(guān)的治理手段，保證工作面瓦斯不超限。

1 煤礦高瓦斯的危害性

瓦斯是屬于煤層中一種以甲烷為主的有害氣體，瓦斯爆炸能對煤礦產(chǎn)生重事故，也是安全的第一殺手。瓦斯是無色、無味的氣體，相對密度為0.554，難溶于水，且易燃燒和發(fā)生爆炸，具有較強(qiáng)的滲透性與擴(kuò)散性。井下空氣中的瓦斯含量增加，就會(huì)導(dǎo)致氧氣濃度下降，易引發(fā)缺氧窒息死亡事故。瓦斯爆炸的危害性主要有以下幾種：①產(chǎn)生高溫。瓦斯和空氣混合達(dá)到一定濃度時(shí)，遇火就會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸，而瓦斯爆炸產(chǎn)生的高溫能達(dá)1850℃-2650℃，顯然易造成人員傷亡或設(shè)備損毀等，進(jìn)而還會(huì)引起火災(zāi)。②產(chǎn)生高壓。瓦斯爆炸還會(huì)因氣體產(chǎn)物所形成的沖擊波，易造成人員傷亡和沖毀設(shè)備，還易揚(yáng)起煤塵，引發(fā)煤塵爆炸事故。瓦斯爆炸時(shí)使礦井內(nèi)的空氣壓力大幅度增加，威力巨大的沖擊波會(huì)對支護(hù)結(jié)構(gòu)造成破壞、坍塌等。③產(chǎn)生大量的有毒氣體。瓦斯爆炸后產(chǎn)生的有毒氣體（CO2和CO），其中CO2達(dá)到4%～8%，CO達(dá)到2%～4%，同時(shí)造成O2濃度下降，導(dǎo)致人員因缺氧而窒息死亡。

2 掘進(jìn)工作面瓦斯超限的原因分析

在掘進(jìn)工作面，造成瓦斯超限的原因較多，根據(jù)瓦斯超限統(tǒng)計(jì)，多是由以下原因引起：①無計(jì)劃停電停風(fēng)。井下電網(wǎng)供電不穩(wěn)定，管理制度不健全，設(shè)備包機(jī)不能到人，供電系統(tǒng)與電氣設(shè)備檢查、維修力度不夠，容易供電系統(tǒng)掉閘，電氣設(shè)備短路等事故發(fā)生。當(dāng)無計(jì)劃停電、停風(fēng)發(fā)生后，由于局部通風(fēng)機(jī)再無專人看管，停風(fēng)時(shí)間長，就會(huì)造成瓦斯超限。②供電系統(tǒng)檢修。每年兩次的停電檢修，時(shí)間較長，局部通風(fēng)機(jī)又沒有備用電源，很容易造成掘進(jìn)工作面瓦斯超限的概率。③機(jī)械事故。局部通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)超限運(yùn)行，設(shè)備加速老化，容易造成“燒機(jī)”事故，導(dǎo)致瓦斯超限。④局部通風(fēng)機(jī)管理不到位。所用風(fēng)筒質(zhì)量差，破口多，接頭又不等，無反壓邊，接頭就漏風(fēng)嚴(yán)重，吊掛不平直，拐彎再多，甚至脫節(jié)，都會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)迎頭供風(fēng)量小，風(fēng)速低，以至造成瓦斯超限。⑤迎頭復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造。因地質(zhì)資料不詳，掘進(jìn)中突遇斷層、褶曲，容易短時(shí)間大量瓦斯突然涌出，導(dǎo)致瓦斯超限。⑥深部煤層瓦斯含量大的原因所造成的瓦斯超限。⑦掘進(jìn)施工鉆孔因煤層瓦斯含量較大所造成的掘進(jìn)面瓦斯超限。

3 采掘工程的通風(fēng)技術(shù)

1）要建立完善的通風(fēng)系統(tǒng)。完善的通風(fēng)系統(tǒng)則是防治高瓦斯最有效的方法，像并列式等通風(fēng)方式。進(jìn)行巷道布置時(shí)，可采用“兩進(jìn)兩回”模式，以促使高瓦斯采掘巷道與各個(gè)作業(yè)點(diǎn)都能有合理的風(fēng)量和風(fēng)速，以形成高效、安全、穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)。雙風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換模式，也是確保巷道通風(fēng)的有效措施。當(dāng)主風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，備用風(fēng)機(jī)立即啟動(dòng)，以保障供風(fēng)。對局部風(fēng)機(jī)可采用局部專業(yè)線路和專業(yè)開關(guān)模式，以確保通風(fēng)設(shè)備正常運(yùn)行。高瓦斯巷道，可設(shè)置兩個(gè)專用排瓦斯回風(fēng)巷道，禁止在改回風(fēng)巷道內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)，并以阻燃性材料構(gòu)造，內(nèi)安放甲烷傳感器。以便檢測甲烷達(dá)到一定程度時(shí)，自動(dòng)切斷工作面電源，提醒作業(yè)人員立即撤出，待瓦斯檢測合格后再繼續(xù)作業(yè)。

2）做好局部瓦斯積聚的通風(fēng)處理。①做好回采工作面隅角瓦斯積聚處理。由于回采工作面的隅角非常容易發(fā)生瓦斯積聚，需要在隅角位置懸掛擋風(fēng)板等物品。利用其將巷道中的風(fēng)從瓦斯積聚位置吹過，以實(shí)現(xiàn)稀釋積聚瓦斯的效果。②做好密封墻的瓦斯積聚處理。這里同樣是瓦斯容易積聚的地點(diǎn)，處理該位置時(shí)先要做好堵漏，要從而從根源上處理好瓦斯。再通過采用風(fēng)壓導(dǎo)風(fēng)等方法，利用伸縮骨架風(fēng)筒來處理密封墻積聚的瓦斯。

3）運(yùn)用合適的通風(fēng)技術(shù)。結(jié)合采煤面情況，運(yùn)用合理的通風(fēng)技術(shù)，以促進(jìn)通風(fēng)的安全。①“U”型通風(fēng)系統(tǒng)。它構(gòu)造相對簡單，有利于防止煤層發(fā)生自燃。缺點(diǎn)是采煤面靠近采空區(qū)的上側(cè)上隅角位置容易發(fā)生瓦斯積聚。②“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)。它能解決上隅角瓦斯積聚和回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗^高等問題，且通風(fēng)效果好。要求工作面上順槽沿著采空區(qū)一側(cè)需要預(yù)先采掘，在回采期間需要保持維護(hù)，防止采空區(qū)內(nèi)的煤層發(fā)生自燃。③“W”型通風(fēng)系統(tǒng)。它適用工作面長、瓦斯涌出量大的綜采面。它的供風(fēng)量要比“U”型通風(fēng)系統(tǒng)和“Y”型通風(fēng)系統(tǒng)增加一倍，煤層開采過程中瓦斯涌出量較大時(shí)，需要在中間平巷位置布置鉆孔抽放。④“U”型通風(fēng)系統(tǒng)。除外還有“Z”型通風(fēng)系統(tǒng)和“H”型通風(fēng)系統(tǒng)。后者都是“U”型通風(fēng)系統(tǒng)的變形，這是為了增加工作面長度和風(fēng)量及防治瓦斯積聚使用的。⑤“J”型通風(fēng)系統(tǒng)。它是在“U”型基礎(chǔ)上發(fā)展的，就是在采空區(qū)留有一條專用排瓦斯巷，但無需巷旁充填帶支護(hù)、可以調(diào)控、一進(jìn)二回的通風(fēng)系統(tǒng)。回風(fēng)巷在進(jìn)入采空區(qū)后繼續(xù)留用，并采用適應(yīng)采空區(qū)礦壓特性的新型支護(hù)結(jié)構(gòu)與材料支護(hù)，以保障可靠的專用通風(fēng)斷面。

4 掘進(jìn)巷道的瓦斯治理技術(shù)

1）盡力增大風(fēng)量。因風(fēng)排瓦斯仍是瓦斯治理的重要手段。把局部通風(fēng)機(jī)容量增大，風(fēng)筒直徑增大，風(fēng)筒接頭采用反雙壓邊技術(shù)，以減少漏風(fēng);在風(fēng)筒的吊掛上，要嚴(yán)格管理，做到平直，不拐死彎，以減小阻力。一般采取這些措施，可以保證瓦斯?jié)舛冉档停弈艿玫揭欢刂啤?/p>

2）控制好落煤強(qiáng)度。一般新暴露煤壁的瓦斯涌出量的大小與新暴露煤壁的表面積、放炮后產(chǎn)生的松動(dòng)圈范圍及新暴露巷幫的裂隙等因素都有關(guān)。所以，炮眼長度越長，一次落煤量越多，新暴露煤壁的表面積、放炮震動(dòng)產(chǎn)生和松動(dòng)圈范圍及煤體裂隙也就會(huì)隨之增大，以至引起炮后瓦斯涌出量的增加。因此，嚴(yán)格控制落煤強(qiáng)度，可采用短進(jìn)尺、多循環(huán)的方式，則能減小對煤體的擾動(dòng)，并降低落煤時(shí)的瓦斯涌出強(qiáng)度。

3）運(yùn)用淺孔動(dòng)壓注水。淺孔動(dòng)壓注水也是一種以水力擠出瓦斯的高效防突技術(shù)。該技術(shù)方法的實(shí)質(zhì)在于通過注水使掘進(jìn)面的煤體產(chǎn)生一定的塑性，進(jìn)而使掘進(jìn)頭的煤體適量外移，以造成前方煤體破壞，集中應(yīng)力帶被前移，從而增大卸壓帶的寬度，讓瓦斯得到均勻的釋放出來。

4）施工超前排放鉆孔。施工超前排放鉆孔防突機(jī)理為：即利用鉆孔周圍形成的破壞圈，讓煤體卸壓，透氣性增加煤體瓦斯解析加快，從而達(dá)到降低工作面前方煤體應(yīng)力、瓦斯壓力和抑制突出發(fā)生的效果。這種技術(shù)適用于瓦斯賦存不均，局部區(qū)域瓦斯異常的掘進(jìn)巷道，采用排放鉆孔則能探明巷道前方儲(chǔ)氣構(gòu)造（如小褶曲、小斷層形成的“瓦斯包”等），以此預(yù)先釋放瓦斯，來避免揭露這些構(gòu)造帶時(shí)大量瓦斯涌出現(xiàn)象發(fā)生。

5）采用邊抽邊掘方法。采用邊抽邊掘技術(shù)，也就是先在巷幫施工鉆場，后在鉆場內(nèi)施工沿巷道掘進(jìn)方向的長鉆孔，并利用抽放泵負(fù)壓達(dá)到抽放瓦斯。而走向長鉆孔不受工作面施工和進(jìn)尺的影響，也能保持連續(xù)抽放，范圍較巷幫鉆也更靠近巷道掘進(jìn)的前方。這樣在放炮落煤時(shí)，其走向長鉆孔能抽放放炮震動(dòng)產(chǎn)生的松動(dòng)圈內(nèi)的卸壓瓦斯，以減少落煤瞬間新暴露煤壁瓦斯涌出量。

5 控制掘進(jìn)工作面瓦斯超限的措施

根據(jù)掘進(jìn)工作面瓦斯超限的原因分析，我們可以采取一些有針對性地預(yù)防措施防止掘進(jìn)工作面瓦斯超限。①井下運(yùn)用雙回路供電系統(tǒng)，并完善掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)“三專”供電系統(tǒng)。嚴(yán)格落實(shí)電氣設(shè)備包機(jī)制度和局部通風(fēng)機(jī)專人看管制度，還要將局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)納入礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)之中，以提高局部通風(fēng)機(jī)的供電可靠性，杜絕無計(jì)劃停電現(xiàn)象。②增設(shè)設(shè)備用電電源。在供電系統(tǒng)停電檢修時(shí)，讓備用電源啟動(dòng)，以杜絕掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)停電現(xiàn)象。③掘進(jìn)面運(yùn)用雙風(fēng)機(jī)、雙電源，并自動(dòng)倒臺(tái)和“三專兩閉鎖”技術(shù)。以其有效遏制掘進(jìn)工作無計(jì)劃停風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生。④不斷強(qiáng)化局部通風(fēng)機(jī)的管理。使局部通風(fēng)機(jī)管理做到責(zé)任到人，獎(jiǎng)罰分明，并嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化和考核制度。⑤盡量使用大功率對旋風(fēng)機(jī)和大直徑配套風(fēng)筒。以此增加風(fēng)筒出口風(fēng)量，來保證掘進(jìn)面迎頭風(fēng)量達(dá)到一定范圍。這樣就能解決了日常供風(fēng)和打釋放孔時(shí)瓦斯超限問題。⑥在掘進(jìn)工作面揭露斷層等地質(zhì)構(gòu)造前，要由地質(zhì)部門正常預(yù)報(bào)地質(zhì)構(gòu)造等情況。就是在掘進(jìn)面距斷層等地質(zhì)構(gòu)造10m時(shí)開始打超前鉆孔，通過該措施能提前釋放斷層帶瓦斯，還能避免瓦斯在掘進(jìn)過程中短時(shí)間大量涌出引起瓦斯超限。⑦避免機(jī)械事故引起掘進(jìn)面瓦斯超限。對掘進(jìn)面局部通風(fēng)機(jī)實(shí)行定期維護(hù)檢修制度，此局部通風(fēng)機(jī)每運(yùn)行半年就進(jìn)行加油大檢修，以確保正常化運(yùn)行，保障瓦斯不超限。

結(jié)束語

對于高瓦斯礦井，在采掘工程中必須要做好通風(fēng)工作，需要選擇合理的通風(fēng)技術(shù)，并建立完善的通風(fēng)系統(tǒng)，以確保采掘工程的安全生產(chǎn)順利進(jìn)行。實(shí)踐證明，運(yùn)用“控、排、抽”瓦斯綜合治理技術(shù)，這是防治高瓦斯煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯問題的有效途徑。煤礦根據(jù)煤層瓦斯賦存狀況、巷道和施工條件，可采用不同的綜合治理手段相結(jié)合運(yùn)用，其效果也更好。從控制掘進(jìn)工作面瓦斯超限的實(shí)踐看，其瓦斯超限事故都是完全可以控制的，而關(guān)鍵是要找到引起瓦斯超限的原因，然后再針對性地治理。

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